DEVANADOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE - Rosalina Alvarado Tirado

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DEVANADOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE
CORRIENTE ALTERNA [Bibl. 27, 28, 29]
3-1. Devanados imbricados trifásicos de dos capas con q entero
Al final del primer capítulo hemos expuesto los principios fundamentales para la obtención de devanados trifásicos de dos capas mediante la división en secciones de los devanados cerrados de dos capas empleados en las máquinas de c.c.
En este capítulo exponemos con más detalle los problemas implicados en la confección de devanados trifásicos.
Comenzamos por el examen de los devanados imbricados de dos capas considerando como ejemplo el devanado de paso completo y = t correspondiente a los datos siguientes (fig. 3-1 a): número de fases m = 3, número de polos 2p = 4, número de ranuras Z = 36, y número de ranuras por polo y fase
Z _ 36
<Z—	“ 4X3 “ '
La estrella de ff.ee.mm. de ranura de este arrollamiento está representada en la figura 3-1 b, en la que están designados los 36 vectores de f.e.m. de ranura por números sin acento de prima O. Cuando se completa una rama o vía a través del circuito de arrollamiento de fase (fig. 2-1 a), una parte de los conductores pasan en sentido ascendente y la otra parte en sentido descendente. Por ejemplo, los conductores de la primera bobina de la fase A colocados en la ranura n.° 1 pasan en sentido ascendente y los de la ranura n.° 10 pasan en sentido descendente. En este caso, para obtener la f.e.m. de una espira de esta bobina es necesario restar el vector 10 del vector 1 (fig. 3-1 b). Al vector 1 se le puede sumar también el vector 10', que se obtiene desplazando 180° al vector 10. De acuerdo con esto, la figura 3-1 b representa 36 vectores de f.e.m. de ranura denotados por cifras sin primas y también vectores denotados por cifras con primas los cuales están girados 180° con respecto a aquéllos. Para obtener los vectores de
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Fig. 3-1. — Devanado trifitko imbricado de dos capas y paso completo con Z = 36, 2p = 4 y ? = 3:
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a, diagrama de devanado; b, estrella de ff.ee.mm. de ranura: c. estrella de ff.ee.mm. de devanado.
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f.e.m. de fase del arrollamiento de las ranuras que pasan en sentido ascendente y denotados por números sin primas, habrá que sumarlos a los vectores de las ranuras que pasan hacia abajo y están designados por números con primas.
Si convenimos en denotar de modo análogo los lados de las bobinas, según el sentido en que pasan en su recorrido completo del circuito de devanado, el orden de sucesión o secuencia de las conexiones de bobina del devanado de la figura 3-1 a se determina por la tabla siguiente:
^-l-10'-2-ll'-3-12'-
-21-12'-20-U'-19-10'- -19-28'-20-29'-21-30'- -3-3O'-2-29'-l-28'-X
B-7-16'-8-17'-9-18'-
-27-18'-26-17'-25-16'-
-25-34'-26-35'-27-36'- -9-36'-8-35'-7-34'-Y
C-13-22'-14-23'-15-24'-
-33-24'-32-23'-31-22'-
-31-4'-32-5'-33-6'- .
-15-6'-14-5'-l3-4'-Z.
Si tenemos en cuenta el orden de sucesión en que están establecidas las conexiones de las bobinas del arrollamiento, arriba mencionado, la estrella de f.e.m. de ranura implica la forma de tres grupos concentrados para los cuales los ejes de las sumas vectoriales resultantes están desplazados 120° entre sí (fig. 3-1 c). Esto indica que, a consecuencia de tal conexión de las bobinas en el devanado, se crea un sistema trifásico regular.
En el diagrama de devanado de la figura 3-1 a las zonas de fase que constituyen las medias fases de devanado están distinguidas claramente. Cada uno de los seis grupos de bobinas conectadas, escritos en una línea y constituyendo una mitad de fase del devanado, tienen ff.ee.mm. resultantes iguales en magnitud y de la misma fase. Este devanado permite por tanto conectar las medias fases no sólo en serie, como en el diagrama de la figura 3-1, sino también en dos y en cuatro grupos en paralelo.
La figura 3-1 a es el diafragma de un devanado imbricado de dos capas análogo al de la figura 3-1 a, pero con paso fraccionario:
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2p = 4, Z = 36, <1 = 3, y = x,
y 7
es decir, con un paso relativo 0 = — = —= 0,778.
IMBRICADOS TRIFÁSICOS DE DOS CAPAS
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La secuencia de las conexiones de bobina de este devanado se puede expresar por la tabla siguiente:
A-l-8’-2-9'-3-10'-
-19-12'-18-ir-17-lff-
-19-26'-20-27'-21-28'- -l-30'-36-29'-35-28'-X
B-7-J4'-8-15'-9-16'-
-25-18'-24-17'-28-16'-
-25-32’-26-33’-27-34’-
-7-36'-6-35'-5-34’-Y
C-13-20'-14-21’-J5-22'-
-31-24'-30-23'-29-22'-
-31-2'-32-3'-33-4'-
-13-6’-12-5'-ll-4'-Z.
En el diagrama de la figura 3-2 a la fase A-X del devanado está conectada en cuatro grupos en paralelo, pero también puede ser conectada como devanado de paso completo en dos grupos serie y paralelo si conectamos dos grupos serie en paralelo con cada fase.
En general, un devanado de dos capas en que q sea un número entero y con 2p grupos iguales de bobina en cada fase puede tener tantos circuitos o ramas en paralelo como 2p : a haya, siempre que esta razón sea un número entero. En este caso son siempre posibles arrollamientos con a = 2 y a = 2p. También es indispensable que, además de ser iguales las fuerzas electromotrices, todas las ramas tengan iguales resistencias activas y reactancias.
La estrella de ff.ee.mm. de ranura de un devanado de paso acortado tiene también 36 rayos, o 18 rayos por doble paso polar, análogamente a las del devanado de paso completo arriba considerado (figura 3-1 a). Comparando las estrellas de f.e.m. de ranura de devanado con pasos completo y fraccionario (fig. 3-1 b y 3-2 b) se deduce que en el primer caso las zonas de rayos de cada fase están definidas con precisión con respecto a las fases adyacentes, y en el segundo caso los rayos de las fases adyacentes están entrelazados mutuamente, aumentando el entrelazamiento cuando el paso se acorta más.
La figura 3-2 c representa la estrella resultante de las ff.ee.mm. de ranura de un devanado conectado de acuerdo con la secuencia de conexión de bobinas indicada en los datos de la tabla anterior. En este caso las sumas vectoriales de las ff.ee.mm. de cada fase están desplazadas 120° entre sí; por consiguiente, en este caso se vuelve a obtener un devanado trifásico regular.
Las barras de conexión o conectores finales de los devanados de estator de doble capa, tanto imbricado como ondulado (§ 3-2), están dispuestas formando una superficie cónica, y, cuando es necesario, se las refuerza contra el efecto de las fuerzas radiales por medio de
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zunchos o anillos de bandaje constituidos por materiales no magnéticos.
Hoy día se prefieren los devanados de doble capa del tipo arriba considerado en virtud de sus ventajas. Éstas son las siguientes:
1) Posibilidad de acortar el paso del devanado en cualquier número de pasos de diente y obtener así mejor forma de onda de la f.e.m. y también mejor configuración del campo magnético creado por el devanado (véase capítulo siguiente).
2) Obtención de conectares de extremo más cortos a consecuencia de ser el paso fraccionario, con el consiguiente ahorro de cobre.
3) Posibilidad de disponer un gran número de ramas o circuitos o vías de devanado completamente iguales.
4) Simplicidad de ejecución del devanado, ya que todas las bobinas tienen la misma forma y, por consiguiente, pueden ser devanadas en moldes.
El devanado imbricado de dos capas tiene las siguientes desventajas :
1) Presenta algunas dificultades en cuanto a la inserción de las últimas bobinas del devanado en un paso de bobina debido a la necesidad de levantar y suspender los lados superiores de las que primero se colocan en el mismo paso.
2) Necesidad de levantar las bobinas de un paso completo a fin de que no se estropee el lado inferior de la bobina.
3) Imposibilidad de realizar un estator dividido sin elevar las bobinas fuera de las ranuras. Estos inconvenientes son los mismos que en los devanados de máquinas de c.c., pero resultan compensados por sus mayores ventajas respecto a los devanados de otros tipos.
En los motores de inducción de poca potencia,para mayor comodidad, las primeras bobinas se colocan únicamente en la parte inferior de las ranuras y las últimas bobinas se colocan sólo en las partes superiores de las mismas.
Aunque esto conduce a un cierto grado de asimetría, no obstante elimina la necesidad de mantener suspendidos los lados superiores de las bobinas del primer paso cuando se insertan las últimas.